31、工业发酵：原理、发展与应用

工业发酵：原理、发展与应用

1. 引言与历史

发酵可以定义为借助微生物对产品进行改造或生产的过程。自古以来，发酵就被用于保存和改变食品及饲料。数千年来，它一直是将新鲜农产品转化为耐储存食品的首选方法。在日常生活中，我们也熟悉相反的过程，即食物或有机物质的自然腐烂。但在可控条件下，发酵是一个非常有用的过程。像酸奶、萨拉米香肠、酸菜、酱油、醋和开菲尔奶等，都是我们至今仍熟知的发酵食品。

发酵可以是自发的，也可以通过添加特定微生物来诱导。例如，在制作面包或蛋糕时向面粉中添加烘焙酵母，就是诱导发酵的常见例子。发酵可以在有多种微生物存在的普通环境中进行，更精细的做法是在添加起始培养物之前对材料进行灭菌，以排除不需要的微生物。

大约从1800年开始，人们开始以科学的方式研究发酵机制。德国科学家埃尔克斯莱本发现酵母能引发发酵，开启了这一研究。法国科学家路易·巴斯德对微生物学做出了诸多贡献，他解释了细菌产生乳酸从而保存食物的原理，还发现可以通过对底物进行热处理（巴氏杀菌）来阻止不必要的发酵，这一技术至今仍广泛应用于牛奶或果汁的处理。实际上，纯净乳酸的生产也是发酵技术在非食品工业领域的首个应用。

工业规模的首次无菌发酵（排除不需要的微生物）是为橡胶生产制造丙酮、丁醇和丁二醇。第一次世界大战后，随着丙酮和丁醇可从其他来源获取，生产转向了有机酸。

发酵技术的一个重要里程碑是引入了生物废水处理。过去，含有人或动物排泄物的废水常被直接喷洒在农田作为肥料，或直接排入河流湖泊，这导致了微生物污染和许多传染病的传播。19世纪，随着工业化的发展，大量人口从农村迁往城市，公共卫生成为重要任务。公共污水系统和生物废水处理厂的引入是一大进步，即使在今天，废水处理可能也是应用最广泛